48224413006

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Tecnología, Ciencia, Educación
ISSN: 0186-6036
imiqac@sercom.com.mx
Instituto Mexicano de Ingenieros Químicos A.C
México
Solís-Fuentes, Julio Alberto; Morales-Téllez, Maribel; Ayala-Tirado, Rosa Carmina; Durán-de-Bazúa,
María del Carmen
Obtención de carbón activado a partir de residuos agroindustriales y su evaluación en la remoción de
color del jugo de caña
Tecnología, Ciencia, Educación, vol. 27, núm. 1, enero-junio, 2012, pp. 36-48
Instituto Mexicano de Ingenieros Químicos A.C
Monterrey, México
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36	 Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 27 núm. 1, 2012
Obtención de carbón activado a partir de residuos 
agroindustriales y su evaluación en la remoción de 
color del jugo de caña
Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 14 núms.1-2,1999 36Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) 27(1): 36-48, 2012
*Autor a quien debe dirigirse la correspondencia
(Recibido: Mayo 14, 2012,
Aceptado: Junio 2, 2012)
Julio Alberto Solís-Fuentes*, Maribel Morales-Téllez, Rosa Carmina Ayala-Tirado, 
María del Carmen Durán-de-Bazúa1
*Instituto de Ciencias Básicas, Universidad Veracruzana.
Av. Dos Vistas s/n carretera Xalapa-Las Trancas, 91000 Xalapa, Ver., México, Fax (+52) -2841-8931. Correo-e (e-mail): jsolis@uv.mx
(1)Facultad de Química, UNAM Conjunto “E”, Labs 301-303, Ciudad Universitaria, 04510 México, D.F. Fax (+52) 55-5622-5303. 
Correo-e (e-mail): mcduran@unam.mx
Activated carbon from agroindustrial wastes for 
color removal from sugarcane juice
Palabras clave: Carbón activado, residuos agroindustriales, 
cáscara de naranja, cascarilla de café, bagazo 
de caña, remoción de color en jugo de caña
Key Words: Activated carbon, agroindustrial wastes, orange 
peel, coffee husk, sugarcane bagasse, color 
removal from sugarcane juice
Resumen
En esta investigación se utilizaron tres residuos agroindustriales 
importantes de la región central del Estado de Veracruz, México: 
cáscara de naranja, cascarilla de café y bagazo de caña de azúcar para 
la elaboración de carbón activado (CA). El proceso de obtención por 
activación física se basó en la calcinación controlada de muestras de 
los residuos en mufla a 600°C. La elaboración mediante activación 
química consistió en la impregnación de las muestras, previamente 
deshidratadas, con ácido fosfórico en concentraciones de 20, 40 y 
85% durante 16 horas y tiempos de carbonización de 1 hora a 500°C. 
Los CA de cáscara de naranja, cascarilla de café y bagazo de caña 
obtenidos en cada caso se evaluaron y compararon en términos de 
sus capacidades para remover compuestos cromóforos de jugos de 
caña de primera extracción y clarificado, provenientes de un ingenio 
azucarero. El precursor y el adsorbente preparado más efectivo 
para la remoción de color se estudiaron mediante termogravimetría 
dinámica. Al CA se le determinaron sus propiedades fisicoquímicas 
y su capacidad de adsorción obteniendo las isotermas de Freundlich. 
Los resultados mostraron que el porcentaje de remoción de color de 
los jugos dependió del tipo de jugo, el tipo de precursor considerado, el 
método de activación y la concentración de la sustancia empleada como 
activador. Los carbones activados químicamente produjeron mayores 
rendimientos de CA a partir de los tres residuos estudiados, siendo los 
CA de cascarilla de café y de bagazo de caña los que presentaron mayor 
eficacia en la remoción. El primero logró adsorber hasta el 86.1% del 
color del guarapo y hasta el 82.1% del jugo claro y, el segundo, hasta 
el 98.2% y el 77% del color de dichos jugos, respectivamente. El 
bagazo de caña mostró la presencia de tres etapas de descomposición 
bajo atmósferas oxidante e inerte. Los residuos carbonosos obtenidos 
fueron de alrededor del 12%. Los parámetros de la isoterma de 
Freundlich, obtenidos con una R2> 0.97, fueron de 2.82 y 2.15 para n 
y KF, respectivamente, para el jugo clarificado; y de 1157 y 0.74 para 
el jugo de primera extracción o guarapo.1
AbstRAct
In this paper, three major agro-industrial residues from the central 
area of Veracruz State, Mexico: orange peel, coffee husks, and sugar 
cane bagasse were used for activated carbon (AC) production. The 
physical activation process for AC production was based on the waste 
samples calcination in a muffle at 600°C. The chemical activation in 
the AC preparation consisted in the impregnation of the previously 
dried samples, with phosphoric acid at concentrations of 20, 40, and 
85% during 16 hours, and then carbonization at 500°C for 1 h. The ACs 
of orange peel, coffee husk, and sugarcane bagasse obtained, in each 
case, were evaluated and compared in terms of their ability to remove 
chromophore compounds from raw sugar cane juice or “guarapo” and 
clarified sugarcane juice obtained from a sugar mill. The prepared 
precursors and the most effective adsorbents for color removal were 
further analyzed by dynamic thermogravimetry and its physicochemical 
1 Voz quechua. Jugo de la caña dulce exprimida, que por vaporización 
produce el azúcar
Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 27 núm. 1, 2012 37
properties. Additionally, its adsorption capacity was assessed in terms 
of its Freundlich isotherms studied. The results showed that the level 
of color removal from the juices depended on the type of juice, the type 
of precursor considered, the activation method, and the concentration 
of the substance used as activator. The chemically activated carbons 
produced the highest yields. From the three studied residues, the 
bagasse AC and the coffee husk AC showed the greatest efficacy in the 
color removal: The bagasse AC was able to adsorb up to 98.2% of the 
color from the guarapo and up to 77% of clarified juice, and the coffee 
husk AC did it at level of 86.1 and 82.1% of the color of these juices, 
respectively. The bagasse presented four decomposition stages under 
oxidizing and inert atmospheres with about 12% of carbonized residues. 
The Freundlich parameters of the isotherm, obtained with R2> 0.97 
were 2.82 and 2.15 for n and KF, respectively, in the clarified juice; and 
1157 and 0.74 for the first extraction juice or guarapo.
IntRODuccIÓn
El procesamiento industrial de los productos del campo 
genera subproductos y/o residuos que pueden ser 
fuentes importantes de diversos compuestos químicos 
y otros productos como glúcidos, pigmentos, fibra, 
proteína, polifenoles, lignina, etc., potencialmente 
útiles y con mayor valor agregado a través de ulteriores 
procesamientos (Moldes y col., 2002). En este sentido, 
existe un gran número de subproductos y materiales 
residuales provenientes de la agroindustria que podrían 
ser utilizados como precursores para la producción de 
carbones activados. 
El carbón activado es un material que, como su 
nombre lo indica, es materia carbonizada de origen 
vegetal o mineral. Se denomina “activado” debido 
a que la materia carbonizada presenta un elevado y 
variado grado de porosidad, una considerable superficie 
interna y un cierto contenido de grupos químicos 
superficiales principalmente de oxígeno y nitrógeno 
que la hacen tener gran capacidad para adsorber ciertas 
sustancias. Las características antes mencionadas 
son las responsables de sus propiedades adsorbentes, 
utilizadas en aplicaciones tanto en fase gaseosa como en 
fase líquida. El carbón activado, CA, es un adsorbente 
muy versátil, porque el tamaño y distribuciónde sus 
poros en la estructura carbonosa pueden ser controlados 
para satisfacer las necesidades de la tecnología actual 
y futura. El área superficial del carbón activado varía 
dependiendo de la materia prima y del proceso de 
activación (Moreno-Castilla, 2004; Mozia y col., 2005; 
Nevskaia y col., 2004).
La elección del precursor para la elaboración 
de carbón es fundamentalmente una función de su 
disponibilidad, precio y pureza; sin embargo, el proceso 
de fabricación del CA y su posible aplicación también 
deben ser considerados (Rodríguez y col., 2009). 
Los materiales lignocelulósicos han sido utilizados 
ampliamente para la elaboración de CA ya que presentan 
una adecuada capacidad de adsorción, entre estos se 
pueden mencionar las cáscaras de diversas frutas, la 
fibra de coco, la corteza de plátano, la cáscara de arroz, 
así como también el bambú y aserrín de maderas, 
el bagazo de la caña de azúcar, entre otros muchos 
materiales biológicos (Basso y col., 2001; Bernardo y 
col., 1997; Pinzón y Cardona, 2008). 
En esta investigación se eligieron como precursores 
para la elaboración de carbón activado a la cáscara 
de naranja, la cascarilla de café y el bagazo de caña 
de azúcar, materiales abundantes provenientes de 
agroindustrias importantes en la región central del 
Estado de Veracruz, México, con el fin de evaluar 
opciones que contribuyan a propiciar y/o mejorar 
sus aprovechamientos. El objetivo es analizar 
su pertinencia como materiales adsorbentes de 
compuestos de color existentes en los jugos de 
caña de primera extracción y jugo clarificado, esto 
último en el contexto de un proyecto global para 
la obtención de jarabes edulcorantes a partir del 
procesamiento directo del jugo de caña (Solís-Fuentes 
y col., 2010).
Como es sabido, la naranja es una de las frutas 
de mayor importancia y mayor consumo en México, 
este último es cercano a los 40 kg per cápita 
(Coveca, 2011). La industrialización de esta fruta 
para la obtención principalmente de jugo concentrado 
está mayormente cifrada en el mercado externo y 
ha observado en los últimos años un crecimiento 
considerable. Durante el procesamiento de extracción 
del jugo alrededor del 58% del fruto se considera 
material residual constituido por la cáscara, la pulpa 
y las semillas. La cáscara de naranja presenta un 
potencial poco explotado. De acuerdo con Moreno-
Álvarez (2000), el uso de este subproducto agrícola en 
México se dedica principalmente para la alimentación 
de bovinos y, recientemente, para la alimentación de 
la tilapia roja.
En lo que respecta al café, es conocido que México ha 
sido históricamente uno de los principales productores 
mundiales y que representa internamente, además de 
ser la fuente más importante de divisas agrícolas, un 
producto en torno al cual se generan numerosos empleos 
durante sus fases agrícola, industrial y comercial. La 
cascarilla es uno de los tantos residuos que se logran 
durante el procesamiento húmedo y seco del café (Solís-
Fuentes y col., 1998). Esta porción anatómica es el 
perispermo del fruto y es separada durante el proceso del 
beneficiado seco. De una tonelada de café se obtienen 
de 40 a 45 kg de cascarilla (Belitz y col., 2006; García, 
2008). De los residuos del café, la cascarilla es la que 
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por su composición química ha presentado menores 
posibilidades de reutilización. 
El bagazo que es el residuo de la trituración de la 
caña de azúcar en uno o varios molinos durante el 
procesamiento realizado en los ingenios azucareros, 
es actualmente un subproducto que se utiliza para la 
producción de energía y para elaboración de diversos 
productos en las industrias de la construcción y papelera, 
principalmente (Molina, 2004). A nivel de investigación 
se ha explorado su uso en la alimentación de animales, 
para la obtención de etanol y de edulcorantes, y para sus 
utilización en el re-encarpetado asfáltico de carreteras 
(Cardona y col., 2010; Prakash y col., 2011; Zandersons 
y col., 1999). Este material que es muy voluminoso y con 
tamaño de partículas no uniforme, se compone de fibras 
relativamente largas y haces fibrovasculares dispersos 
cunado está en el interior del tallo. Químicamente, el 
bagazo está compuesto por celulosa, hemicelulosa y 
lignina como principales polímeros naturales (Chen, 
1991).
La obtención de carbón activado está basada en 
dos procesos fundamentales: La carbonización de la 
materia prima y la activación del producto carbonizado. 
La carbonización de la materia prima es llamada 
activación física, mientras que la activación química 
consiste básicamente en la descomposición térmica 
de la materia impregnada con agentes químicos, tales 
como el ácido fosfórico, el cloruro de zinc o ácidos 
inorgánicos con agentes activantes (Girgis y col., 1994; 
Robau, 2006), entre otros. En particular, el proceso 
de activación química de residuos biomásicos, que 
emplea ácido fosfórico como agente activante para la 
obtención de carbones activados, tiene varias ventajas 
con respecto al proceso de activación física, ya que 
involucra una única etapa de tratamiento térmico, 
requiere temperaturas considerablemente menores y 
se alcanzan mayores rendimientos y capacidades de 
adsorción disminuyendo así los costos del proceso 
(Khalil, 1996).
Así, en este trabajo se prepararon carbones activados 
de tres residuos agroindustriales mediante activación 
física y activación química con ácido fosfórico. Sus 
capacidades de remoción de compuestos cromóforos 
presentes en jugos de caña se evaluaron y compararon 
entre sí. El precursor cuyo CA mostró mayor eficacia en 
la remoción de color de los jugos fue objeto de análisis 
termogravimétrico y el carbón activado preparado con 
él se usó para el estudio y modelamiento, de acuerdo 
con la ecuación de Freundlich, del proceso de adsorción 
del color de los jugos de caña de primera extracción y 
jugo clarificado de caña de azúcar.
mAteRIALes Y mÉtODOs
La Figura 1 muestra en un esquema la metodología 
general seguida.
Figura 1. metodología general para la elaboración y evaluación de carbones activados de 
residuos agroindustriales en la remoción de color de jugos de caña
Obtención de muestras
agroindustriales
Obtención del jugo de caña
Elaboración de
carbón activado
Decoloración del
jugo de caña
Análisis
termogravimétrico
Caracterización de la
materia prima
Humedad
Cenizas
Densidad
aparente
Elección del carbón
más efectivo
Pruebas de cinética
de adsorción de color
Ajustes de los datos
experimentales a
isotermas
Caraterización
fisicoquímica del jugo
pH Brix Color
Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 27 núm. 1, 2012 39
Obtención de las muestras de residuos 
agroindustriales precursores de cA
Muestras de cáscara de naranja se obtuvieron de una 
planta procesadora de jugos de frutas de la localidad de 
La Orduña, del municipio de Coatepec, Ver., México, 
como parte de los residuos que logran durante el 
procesamiento de naranja para la elaboración de jugo 
concentrado. La cascarilla de café se obtuvo de un 
beneficio de café ubicado en la localidad de Dos Ríos, 
Municipio de Emiliano Zapata, Ver., México. El bagazo 
de caña de azúcar fue obtenido del ingenio azucarero “El 
Carmen” ubicado en la localidad Cuautlapan, Municipio 
de Ixtaczoquitlán, Veracruz, México. Las muestras en 
cada caso fueron transportadas al laboratorio donde se 
deshidrataron durante tres días al sol y se almacenaron 
bajo condiciones de refrigeración hasta su uso y/o 
análisis. 
Obtención de muestras de jugo de caña
Las muestras, tanto de jugo desmenuzado o de primera 
extracción, como de jugo claro se obtuvieron del Ingenio 
Mahuixtlán, S.A. de C.V., ubicado en el Municipio de 
Coatepec, Estado de Veracruz, México. En el laboratorio 
las muestras se almacenaron sin ningún pretratamiento 
a una temperatura de -10°C hasta su posterior uso y/o 
tratamiento.
Preparación de carbón activado 
Las muestras agroindustriales fueron sometidas a 
tratamientos de activaciónfísicos y químicos. En cada 
caso, los residuos empleados se activaron físicamente 
de igual manera. En la activación química, se realizaron 
pruebas preliminares variando las concentraciones 
de ácido para determinar para cada caso aquélla que 
resultara con mayor eficacia en la activación. Así, para 
la cáscara de naranja y la cascarilla de café se encontró la 
conveniencia de ser sometidas a tratamientos químicos 
con ácido fosfórico en concentraciones de 40 y 85%. 
Para el bagazo de caña, el mismo ácido fosfórico se usó 
en concentraciones del 20 y 40%, en este último caso, 
para efectos comparativos se preparó el CA también 
utilizando cloruro de zinc al 20% (Girgis y col., 1994; 
Morales-Téllez, 2011).
Activación física
Muestras secas de 20 g de cada uno de los residuos 
agroindustriales estudiados se colocaron en cápsulas 
de porcelana y se carbonizaron en una mufla a 
temperatura de 600°C, con tiempos de tratamiento de 
un minuto por cada gramo de muestra. Las muestras 
así tratadas y una vez equilibradas térmicamente con la 
temperatura ambiente, se pulverizaron en mortero, se 
depositaron en bolsas de polietileno y se almacenaron 
bajo condiciones de refrigeración hasta su análisis 
y/o uso.
Activación química
Se pesaron 20 g de cada muestra y se adicionaron 
150 mL de ácido fosfórico al 20 ó 40%. El 
material impregnado se dejó 16 horas en contacto. 
Transcurrido el tiempo de activación, se carbonizó 
la muestra en mufla eléctrica a 500 °C durante 
una hora. El material carbonizado obtenido se 
dejó enfriar a temperatura ambiente y fue lavado 
varias veces con suficiente agua destilada caliente 
(70-80°C) y solución alcalina de NaOH 0.1 mol/L 
hasta ajustar su pH entre 6.5 y 7. Posteriormente, 
el carbón activado se colocó a 110°C en una estufa 
por lapso de 48 horas para remover la humedad 
presente. Finalmente, se pulverizó en un mortero 
con pistilo y se almacenó en un frasco de plástico 
con tapa hasta el día de su utilización.
Para el caso de la activación química de las 
muestras con ácido fosfórico al 85%, se añadió 
1 mL de ácido por cada gramo de muestra y el 
residuo impregnado se calentó en una parrilla 
eléctrica a una temperatura de 120°C durante 24 
horas. Posteriormente, las muestras así tratadas 
se enjuagaron con agua destilada para retirar los 
residuos del ácido y se siguió el mismo procedimiento 
citado anteriormente. El carbón de bagazo de caña 
se activó también utilizando cloruro de zinc como 
agente activante, siguiendo un procedimiento 
semejante al anteriormente descrito.
caracterización del carbón activado
Los precursores estudiados y el carbón activado 
preparado con ellos fueron caracterizados en sus 
contenidos de humedad, cenizas y densidad aparente, 
utilizando las normas mexicanas correspondientes 
(Secretaría de Economía, 2011). 
Caracterización fisicoquímica de los jugos de caña 
Valor de pH y sólidos solubles
Las muestras de jugo de caña fueron sujetas a 
determinaciones fisicoquímicas de pH y ºBrix de 
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acuerdo con los procedimientos oficiales de análisis 
(De Whaley, 1975).
Determinación de color ICUMSA en los jugos de 
caña
La determinación de color se basó en la técnica oficial 
de ICUMSA. En esta técnica la estimación del color 
se hace en base a la absorbancia y a los grados Brix de 
las muestras; para ello las muestras se acondicionaron 
mediante diluciones a modo de que las muestras 
diluidas de cada jugo registraran entre 20 y 80% de 
transmitancia a 420 nm. Se ajustó el pH de la dilución 
a 7.0±0.02 unidades, utilizando soluciones de NaOH 
o HCl de 1 y 0.1 mol/L y se procedió con la medición 
de la absorbancia respectiva de cada muestra a 420 
nm usando agua destilada como referencia en un 
espectrofotómetro Spectronic GENESYS 5. El cálculo 
del color de cada muestra se expresa en unidades de 
color ICUMSA, mediante la aplicación de la siguiente 
fórmula:
U. I. = as x1000=
As
bc
x1000 (1)
donde:
as = índice de absorbancia 
As = absorbancia
b = longitud de la celda en cm
c = concentración de sólidos totales en g/cm3 
determinada por refractómetro y calculada a partir 
de la densidad.
evaluación de las capacidades de remoción de 
color de los cA preparados
La evaluación de la capacidad de los carbones 
activados elaborados a partir de los precursores 
agroindustriales considerados, se realizó mediante 
la disminución de los niveles de color ICUMSA por 
efecto del tratamiento de los jugos de caña con dichos 
adsorbentes. Para ello, las muestras de jugo de caña 
fueron sujetas previamente a filtración en papel filtro 
y/o centrifugación con el fin de eliminar las impurezas 
insolubles presentes en ellos. Las pruebas para cada 
precursor incluyeron dos tratamientos sucesivos de 
adsorción con carbón activado. En cada prueba, por 
cada 50 mL de jugo de caña se utilizó 1 g de cada 
adsorbente elaborado. Esta mezcla se agitó durante 
45 minutos a 350 rpm. Al término, ésta se centrifugó 
durante 20 minutos a 4000 rpm y el jugo sobrenadante 
resultante se filtró determinándosele el porcentaje de 
sólidos solubles y el color ICUMSA.
Porcentaje de remoción de color
El nivel de remoción del color expresado como 
porcentaje del color inicial de cada jugo se estimó 
mediante la expresión:
% de remoción=[Color(inicial)–Color(final)/Color(inicial)]100 (2)
Análisis termogravimétrico del precursor del cA 
más efectivo 
El precursor cuyo CA resultó más efectivo en la 
remoción de color del jugo de caña fue objeto de un 
análisis termogravimétrico utilizando una termobalanza 
TGA Q5000-0571 y tamaños de muestra de 10 a 20 mg. 
Las condiciones de las corridas fueron: 
a) En atmósfera de aire: Con rampa de temperatura 
de 25 a 800°C a una velocidad de calentamiento de 
10°C/min manteniendo la muestra a 800°C por 10 
minutos. 
b) En atmósfera de nitrógeno: En un rango de temperatura 
de 25 a 800°C, velocidad de calentamiento de 
10°C/min manteniendo la muestra a 800°C por 10 
minutos. 
cinética de remoción de color del cA más efectivo 
en la remoción de color del jugo
Las pruebas cinéticas se realizaron inicialmente para 
encontrar el tiempo de equilibrio de cada jugo por parte 
del adsorbente. Se utilizaron 2 g de carbón activado 
con un volumen de 100 mL de jugo de caña bajo 
agitación y temperatura constantes, 350 rpm y 30°C, 
respectivamente. 
Efecto del tiempo de contacto
Se tomaron 100 mL de cada jugo y se depositaron en 
un vaso de precipitados al cual se le añadieron 2 g de 
carbón activado manteniéndose las condiciones antes 
mencionadas. Se tomaron muestras de 10 mL de cada 
muestra tratada en intervalos de 30 minutos a lo largo 
de 4 horas de tratamiento. En cada toma, la muestra se 
centrifugó durante 20 minutos a 4000 rpm, se filtró y 
se hicieron las diluciones respectivas para el cálculo 
del color ICUMSA.
Efecto de la cantidad de adsorbente
Se utilizó el método de inmersión estándar para 
analizar el efecto de la cantidad de adsorbente, el 
Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 27 núm. 1, 2012 41
cual consistió en variar la cantidad de carbón activado 
(desde 0.3125 a 1 g) por cada 50 mL de muestra a una 
temperatura constante de 30°C con agitación continua 
de 350 rpm. 
Isotermas experimentales de adsorción y ajuste al 
modelo de Freundlich
Del análisis del proceso de adsorción se elaboraron 
las isotermas experimentales correspondientes a la 
remoción del color de los jugos de caña de primera 
extracción y del jugo de caña clarificado con el carbón 
activado más eficaz de los tres materiales estudiados. 
El equilibrio del proceso de adsorción fue analizado 
mediante la ecuación de Freundlich:
qe=KFCen (3)
donde qe es la cantidad de soluto adsorbido (“adsorbato”) 
en UI/g, KF es la constante de Freundlich relacionada 
con la capacidad de adsorción en mL/g, Ce representa 
la concentración en el equilibrio de la fase líquida en 
UI/mL y n es una constante adimensional que indica 
la intensidad de la adsorción. La cuantificación de 
la cantidad adsorbida qe fuedeterminada usando la 
ecuación:
qe = [( Co – Ce) V] / m (4)
donde: qe sigue siendo la cantidad de soluto adsorbido, 
(UI/g), Ci y Ce son las concentración inicial y de 
equilibrio de la solución, (UI/mL)
V = Volumen de la solución (mL)
m = Masa del adsorbente, (g) 
ResuLtADOs Y DIscusIÓn
La Tabla 1 presenta los resultados de contenido de 
humedad y cenizas, y la densidad aparente de los 
residuos agroindustriales: cáscara de naranja, cascarilla 
de café y bagazo de caña empleados para la elaboración 
de los carbones activados utilizados en este trabajo para 
la remoción de compuestos cromóforos presentes en el 
jugo de caña de primera extracción y el jugo de caña 
clarificado. El mayor contenido de cenizas lo presentó 
el bagazo de caña (13%), seguido por la cáscara de 
naranja (4.5%) y la cascarilla de café. La densidad 
fue mayor en la cáscara de naranja (0.599 g/cm3) y, en 
orden decreciente, la cascarilla de café (0.387 g/cm3) 
y el bagazo (0.167 g/cm3)
tabla 1. 
Características fisicoquímicas de los precursores de 
CA estudiados
Precursor Humedad* Cenizas* Densidad aparente**
Cáscara de naranja 7.15 ± 0.071 4.5 ± 0.707 0.599
Cascarilla de café 9.33 ± 0.106 0.9 ± 0.141 0.387
Bagazo de caña de azúcar 6.9 ± 0.141 13 ± 1.414 0.167
*Porcentaje promedio ± desviación estándar; ** Densidad en g/cm3
Rendimientos de carbón activado mediante 
activación física y química
La Tabla 2 muestra los resultados en términos de 
rendimiento en CA para los tres tipos de precursores 
estudiados. 
tabla 2. 
Rendimientos en carbón activado según precursor y 
agente de activación
Modo de 
activación Precursor CA, g * Rendimiento, %
Física
Cáscara de naranja (CN) 3.668 18.34
Cascarilla de café (CC) 3.401 17.01
Bagazo de caña (BC) 5.262 26.31
Química
CN con H3PO4 al 85% 11.316 56.58
CN con H3PO4 al 40% 8.350 41.75
CC con H3PO4 al 85% 8.257 41.29
CC con H3PO4 al 40% 6.700 33.50
BC con H3PO4 al 40% 9.716 48.58
BC con H3PO4 al 20% 7.020 35.10
BC con ZnCl2 al 20% 4.006 20.03
* Cantidad de CA en gramos a partir de 20 g de precursor seco
El rendimiento obtenido dependió del tipo de 
activación sea física o química y, dentro de esta 
última y para un mismo residuo agroindustrial, de la 
concentración del agente químico activador. En general, 
la activación química produce mayores cantidades de 
CA activado. Los mayores rendimientos se lograron con 
la cáscara de naranja tratada con ácido fosfórico al 85% 
(56.5% de CA) seguido por el bagazo de caña al ser 
activado con ácido fosfórico al 40% (48.5% de CA).
Características fisicoquímicas del jugo de caña
Los análisis realizados en las muestras del jugo de caña 
mostraron las características fisicoquímicas que se 
42	 Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 27 núm. 1, 2012
presentan en la Tabla 3. El jugo desmenuzado o guarapo 
presentó mayor cantidad de sólidos disueltos (20.1 
°Brix) en comparación con el jugo claro (17.6 °Brix); 
a su vez, el color en unidades ICUMSA fue mucho más 
en el jugo desmenuzado (en promedio 42035 UI) que 
en el jugo clarificado (en promedio 9612 UI).
tabla 3. 
Características fisicoquímicas del jugo de caña
Jugo Brix (%) pH Color (UI)
Jugo de primera extracción 20.1 5.34 42035±3750
Jugo clarificado 17.6 6.65 9612±404
niveles de remoción de color mediante los 
carbones activados elaborados 
Los resultados de las pruebas de remoción de color 
mediante adsorción con carbones activados elaborados 
en este trabajo, se presentan en la Tabla 4. 
agitación constantes, durante 45 min y agitación 
constante. Además de los carbones activados 
elaborados, se incluyeron pruebas donde, bajo las 
mismas condiciones, se realizó la remoción con los 
precursores sin tratamiento previo con el objeto de 
analizar la remoción de color antes y después de 
obtenerse el carbón activado.
Se observa que el porcentaje de remoción de los 
compuestos que proporcionan la coloración a los jugos 
dependió de varios factores: El tipo de jugo, el tipo 
de precursor considerado, el método de activación y 
la concentración de la sustancia empleada como 
activador. De acuerdo con los resultados y dentro de 
los rangos experimentados para el caso del bagazo de 
caña, la capacidad de remoción del CA no dependió 
de las cantidades añadidas de ácido fosfórico ni 
del tiempo de reposo durante la impregnación del 
bagazo previa a la carbonización. Los materiales 
precursores estudiados por sí mismos tuvieron un 
efecto pequeño o contrario en la remoción de los 
jugos. La cáscara de naranja deshidratada incluso, 
incrementó la coloración de los jugos en un nivel 
considerable (en más de 30 000 UI). La cascarilla 
de café pulverizada, prácticamente, no tuvo efecto 
en los niveles de coloración de los jugos tratados y 
el bagazo de caña removió alrededor del 36% del 
color del guarapo, pero tuvo el efecto de incrementar 
el color del jugo clarificado.
Los carbones de CN y CC activados físicamente 
tuvieron una mayor efectividad (>70%) que el CA 
de BC (39%) en la remoción del color del guarapo; 
para el caso del de cáscara de naranja tal efectividad 
fue superior incluso al observado con el tratamiento 
con los CA de CN activados químicamente. Los CA 
activados físicamente observaron menores capacidades 
de remoción durante el tratamiento del jugo clarificado 
(de 15 a 29% de remoción).
La activación química de los carbones elaborados 
tuvo globalmente el efecto de dotarlos de mayor 
efectividad para adsorber los compuestos cromóforos del 
jugo, cuando se comparó con la activación meramente 
física; sobre todo durante el tratamiento del jugo de 
primera extracción o guarapo. Según se muestra en la 
Tabla 4, el carbón de bagazo de caña activado con ácido 
fosfórico al 40% logró remover hasta el 98.2% y el 77% 
del color presente en el jugo de primera extracción y del 
existente en el jugo clarificado, respectivamente. Una 
efectividad notable también fue la del CA de cascarilla 
de café impregnado con ácido fosfórico al 40%; este 
material logró adsorber hasta el 86.1% del color del 
guarapo y hasta el 82.1% de los cromóforos del jugo 
clarificado de caña.
tabla 4. 
Remoción de color del jugo de caña con los carbones 
activados preparados
Color removido (UI) % Remoción de color 
Guarapo J. clarificado Guarapo
J. 
clarificado
Cáscara de naranja (CN) -39 100 -33 718 -84.27 -376.82
CA de CN activado físicamente 30 790 1 415 71.94 15.37
CA de CN con A. fosfórico al 85% 31 029 4 512 71.83 48.44
CA de CN con A. fosfórico al 40% 19 277 6 523 45.90 68.52
Cascarilla de café (CC) 1 200 994 2.73 9.74
CA de CC activado físicamente 31 060 1 529 72.57 15.80
CA de CC con A. fosfórico al 85% 39 098 6 790 83.78 67.94
CA de CC con A. fosfórico al 40% 39 274 7 432 86.13 82.17
Bagazo de caña de azúcar (BC) 26 994 -1 883 39.20 -16.36
CA de BC activado físicamente 16 600 2 942 36.09 29.13
CA de BC con A. fosfórico al 40%
t= 16 horas 150 mL 38 463 7 444 98.20 75.66
CA de BC con A. fosfórico al 40%
t= 12 horas 150 mL 35 289 7 432 98.03 76.39
CA de BC con A. fosfórico al 40%
t= 14 horas 100 mL 36 477 7 545 97.27 77.55
CA de BC con A. fosfórico al 20% 33 419 7 713 90.81 76.38
CA de BC con cloruro de zinc al 20% 1 700 -18 4.57 -0.20
Como se apuntó antes, los ensayos consistieron 
en dos tratamientos sucesivos, en cada uno de 
los cuales hubo contacto entre 1 g del adsorbente 
analizado y 50 mL de cada jugo, a temperatura y 
Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 27 núm. 1, 2012 43
Análisis termogravimétrico del bagazo de caña de 
azúcar 
El análisis termogravimétrico del bagazo de caña, tanto 
en atmósfera oxidante como en atmósfera inerte dan 
valiosa información respecto a los procesos reactivos 
de degradación térmico-oxidativa y térmica (pirólisis) 
de este material. Las Figuras 2 y 3, contienen las 
curvas tipo TGA de pérdida de masa en función de la 
temperatura y la curva tipo DTG, la correspondiente a la 
derivada de la masa respecto del cambio en temperatura, 
para el tratamiento en una atmósfera oxidante como 
lo es el aire, en el primer caso, e inerte en el segundo.En términos generales las formas de las curvas son 
semejantes puesto que representan procesos reactivos de 
degradación del bagazo, mismo que está constituido por 
4 etapas representadas por el mismo número de picos 
de la curvas DTG en ambas figuras. En la Figura 4, el 
primero de los picos cuyo máximo se da a los 50°C, 
corresponde a la pérdida de humedad del material a la 
que siguen los picos con máximos a 298, 326 y 436°C 
que corresponden a las etapas de degradación térmica 
de los componentes químicos del bagazo: hemicelulosa, 
celulosa y lignina, respectivamente, con la formación 
de compuestos volátiles (Ouensanga, 1988). La primer 
pérdida importante de masa se da entre los 30 y 150°C 
correspondiente aproximadamente al 4% de la humedad 
residual de las muestras procesadas, las 2 etapas 
siguientes imbricadas e identificables por el hombro 
de la curva DTG a los 298°C y el pico a los 326°C 
corresponden a la degradación de la hemicelulosa y la 
celulosa del bagazo con una pérdida de masa de más 
del 45%, la última de las etapas de pérdida de masa 
corresponde a la fracción más estable del bagazo, la de 
la lignina, en una etapa que se extiende hasta los 537°C 
partir de los cuales no se presenta cambio apreciable 
alguno en la variación de la masa por la existencia un 
residuo carbonoso que contiene el carbono fijo y las 
cenizas de aproximadamente 11.95% de la masa del 
bagazo.
Figura 2. curvas tGA y DtG de la degradación oxidativa del bagazo de caña de 
azúcar en atmósfera de aire
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
M
as
a 
(%
)
Temperatura (°C)
D
er
iv
ad
a 
de
 m
as
a 
(%
°C
)
4.48%
18.61%
38.16%
88.05%
444.38°C
537°C
26.83%
11.95%
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
253.54°C
339.70°C
50°C
326°C
44	 Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 27 núm. 1, 2012
La descomposición térmica del bagazo de caña 
bajo las condiciones de atmósfera inerte, se presenta 
en la Figura 3. En términos generales, el proceso fue 
semejante e involucró el mismo número de etapas, 
excepto que las temperaturas de máxima velocidad de 
descomposición para cada etapa presentaron algunos 
corrimientos. Para la que involucró la descomposición 
de las hemicelulosas se presentó en este caso a los 311 
°C, mientras que las correspondientes a la degradación 
de la celulosa y lignina fueron a los 360 y 565°C. La 
pirólisis requirió de mayores cantidades de energía para 
lograr la descomposición completa; el residuo estable 
carbonizado se logró hasta cerca de los 650 °C
Propiedades fisicoquímicas de los adsorbentes
Los resultados en el análisis de las características 
fisicoquímicas del carbón activado más efectivo, que 
como se mostró fue el CA de bagazo de caña activado 
con ácido fosfórico y elaborado por carbonización 
en mufla a 500°C, junto con las determinadas a una 
muestra de CA vegetal pulverizado grado analítico 
de una marca comercial se presentan en la Tabla 5. El 
contenido del residuo carbonoso del bagazo de caña 
de azúcar fue del 13% (ver Tabla 1), valor que se 
incrementó en el carbón activado obtenido a partir de 
este residuo al 34% debido al proceso de activación a 
que fue sometido el precursor. Así mismo, el bagazo de 
caña mostró un valor de humedad mucho más bajo que 
el carbón activado comercial probablemente debido 
a que durante su almacenamiento el carbón absorbió 
la humedad del ambiente. El valor de la densidad 
aparente del carbón activado obtenido a partir de 
Figura 4. efecto del tiempo de contacto del 
carbón activado de bagazo de caña en 
la remoción de color de jugos de caña 
de azúcar (guarapo o jugo de primera 
extracción o desmenuzado y jugo claro)
0 30 60 90 120 150 180 210 240
0
20
40
60
80
100
 Jugo claro
 Jugo desmenuzado
R
em
oc
ió
n 
de
 c
ol
or
 (%
)
Tiempo (min)
Figura 3. curvas tGA y DtG de la pirólisis del 
bagazo de caña de azúcar en atmósfera 
de nitrógeno
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
M
as
a 
(%
)
Temperatura (°C)
D
er
iv
ad
a 
de
 m
as
a 
(%
/°
C)
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
311 °C
360 °C
565 °C
50 °C
bagazo de caña presentó un valor de 0.370 g/mL, valor 
cercano al obtenido en el carbón activado comercial, 
el cual fue de 0.395 g/mL. 
tabla 5. 
Características del carbón activado del bagazo de 
caña y de un carbón activado comercial
Carbón activado Humedad Cenizas Densidad
CA de bagazo de caña 17.9 ± 0.071 34 ± 1.414 0.370
CA comercial 13.3 ± 0.071 4.5 ± 0.707 0.395
*Porcentaje promedio ± desviación estándar; ** Densidad en g/cm3
cinética de adsorción de color con carbón 
activado a partir de bagazo de caña
Efecto del tiempo de contacto
La Figura 4 muestra el efecto del tiempo de contacto 
entre las fases sólida (adsorbente) y líquida (jugos de 
caña) en el porcentaje de remoción de substancias 
cromóforas del jugo. El comportamiento cinético 
de este proceso hace evidente que prácticamente la 
aproximación a las condiciones de equilibrio se logra 
después de los primeros 20 minutos del contacto y las 
cantidades máximas removidas de color en un solo 
contacto sean del orden de 88% de sustancias coloreadas 
presentes en el jugo desmenuzado y 80% en el jugo 
claro. Es en este momento en el cual el proceso se hace 
paulatinamente más lento, puesto que se aproxima a una 
velocidad de adsorción cercana a cero. 
Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 27 núm. 1, 2012 45
Efecto de la cantidad de adsorbente
Se realizaron ensayos con volúmenes de 50 mL de 
jugo de caña en contacto con cantidades variables de 
carbón activado de BC (desde 0.03125 hasta 1 g de CA) 
en condiciones de temperatura y agitación constantes 
(30°C y 350 rpm) para evaluar el efecto de la cantidad 
de adsorbente en los niveles de remoción del color de los 
jugos estudiados. La Figura 5 muestra que se presenta 
una mayor remoción de color en la medida que se 
incrementa la cantidad de adsorbente en contacto con los 
jugos, esto se debe principalmente a que al aumentar la 
cantidad del carbón activado de BC el área de contacto 
es mayor. Así los resultados hacen evidente que al 
utilizar un 1 g de adsorbente se presentan los mayores 
porcentajes de remoción de color, siendo alrededor del 
88% para el jugo desmenuzado y 82% para el jugo claro. 
Sin embargo, en las otras cantidades de carbón activado 
utilizadas, el guarapo mostró porcentajes menores de 
remoción de color pues la carga inicial de compuestos 
cromóforos es mayor que en el jugo claro; por lo tanto, 
la cantidad de moléculas a retener en el guarapo requiere 
mayores superficies de adsorción.
Isotermas de adsorción de color de jugos de caña 
con carbón activado de bagazo de caña de azúcar
La Figura 6 muestra las relaciones de equilibrio entre 
las cantidades de cromóforos en el adsorbente (qe), 
expresados como UI/g de CA de bagazo de caña, y su 
concentración en el jugo (Ce), expresada como UI/mL 
de jugo (guarapo y jugo clarificado). Estas relaciones 
son mostradas como isotermas experimentales qe vs Ce 
a 30°C. La Figura 7 presenta el ajuste de tales relaciones 
al modelo de Freundlich. 
La Tabla 6 presenta los parámetros obtenidos 
para la isoterma de Freundlich, el coeficiente de 
determinación múltiple (R2 >0.97), que se interpreta 
como el porcentaje de variabilidad de Ce en la recta 
de regresión lineal, muestra un buen ajuste entre los 
datos experimentales y el modelo para el caso de los 
dos jugos de caña considerado. La constante KF que 
es un parámetro que se relaciona con la capacidad 
de adsorción y que permite una estimación de la 
eficiencia del adsorbente al capturar las moléculas 
del adsorbato, muestra que la relación adsorbato-
adsorbente es mayor para el tipo de compuestos 
Figura 5. efecto de la cantidad de carbón activado en la remoción de color del jugo de 
caña de primera extracción o desmenuzado o guarapo y jugo clarificado
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
 Jugo claro
 Jugo desmenuzado
R
em
oc
ió
n 
de
 c
olor
 (%
)
Carbón (g)
46	 Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 27 núm. 1, 2012
Figura 6. Isotermas experimentales para la remoción de compuestos cromóforos del guarapo y del 
jugo clarificado de caña con carbón activado de bagazo de caña de azúcar
0 100 200 300 400 500 600 700 800
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
qe
/1
0
3
(U
I /
 g
 d
e 
C
A
)
Ce (UI / mL de jugo)
 (Jugo claro)
 (Guarapo)
Figura 7. Isotermas de Freundlich para la adsorción de cromóforos de los jugos de 
caña con carbón activado de bagazo de caña de azúcar
3.6 4.0 4.4 4.8 5.2 5.6 6.0 6.4 6.8 7.2
9.0
9.5
10.0
10.5
11.0
11.5
12.0
12.5
ln
 q
e
ln Ce
 Jugo claro
 Guarapo
Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 27 núm. 1, 2012 47
cromóforos presente en el jugo desmenuzado. El 
parámetro n es una constante adimensional que 
se relaciona con la intensidad de adsorción fue de 
2.15 para el jugo clarificado y de 0.74 para el jugo 
desmenuzado o guarapo. 
tabla 6. 
Parámetros de la isoterma de Freundlich en la 
adsorción de color del jugo de caña con carbón 
activado de bagazo de caña
Tipo de jugo Modelo de Freundlich
KF n R2
Jugo claro 2.82 2.15 0.9760
Jugo desmenuzado 1 157 0.74 0.9734
cOncLusIOnes
La utilización de residuos agroindustriales para la 
preparación de carbones activados resulta una opción 
de interés por su disponibilidad, bajo valor de cambio 
y versatilidad para la remoción de color del jugo de 
caña. 
En las pruebas preliminares realizadas con el empleo 
del CA de bagazo de caña se alcanzó un porcentaje del 
98% de remoción de color en el guarapo y un 77% en 
el jugo claro, indicando que las mayores capacidades 
de adsorción se obtuvieron con este adsorbente. 
En orden de importancia, la cascarilla de café fue 
el segundo adsorbente más efectivo mientras que la 
cáscara de naranja obtuvo resultados de relevancia 
menor bajo las condiciones planteadas. 
En particular, el proceso de activación química 
de los precursores utilizados con empleo de ácido 
fosfórico como agente activante tuvo varias ventajas 
con respecto al proceso de activación física, ya que 
se alcanzaron mayores rendimientos y capacidades de 
adsorción. Además, la utilización de este activante bajo 
diferentes cantidades y tiempos de impregnación no 
mostró diferencias en la capacidad para la remoción 
de color. 
Mediante la cinética de adsorción de color del jugo de 
caña se mostró que el carbón activado a partir de bagazo de 
caña removió un 88% de compuestos cromóforos presentes 
en el jugo desmenuzado y un 80% en el jugo claro. 
Las isotermas experimentales construidas 
permitieron el análisis de las condiciones de equilibrio 
determinando que el proceso de adsorción para ambos 
jugos mostró un ajuste, con R2>0.97, al modelo de 
Freundlich. 
Los resultados obtenidos para la remoción de color 
del jugo de caña, sobre todo en el de primera extracción 
o guarapo o jugo desmenuzado, con el carbón activado 
de bagazo, pueden representar amplias posibilidades a 
escala industrial, claro está, después de evaluaciones 
técnicas y económicas y estudios a mayores escalas 
experimentales, piloto o prototipo.
Esto puede ser para la producción comercial 
competitiva de CA o, mediante otras investigaciones, 
para evaluar su posible integración dentro de un proceso 
alternativo de producción de azúcar, en este caso líquido, 
complementando o sustituyendo tratamientos actuales 
químicos y térmicos de purificación del jugo, por otros 
basados en la adsorción de impurezas y compuestos 
cromóforos mediante CA de bagazo. 
RecOnOcImIentOs
Los autores agradecen al Fondo Mixto CONACYT-
Gobierno del Estado de Veracruz-Llave el apoyo 
otorgado a través del proyecto Fomix 37672 para la 
realización de este trabajo. Así mismo, se agradece 
la colaboración siempre entusiasta del Ing. Manuel 
Enríquez Poy, a través de la Cámara Nacional de 
las Industrias Azucarera y Alcoholera, así como a 
los ingenios azucareros El Carmen S.A. de C.V., y 
Mahuixtlán, S. A. de C.V., por la donación de muestras 
de bagazo y jugos de caña.
nOmencLAtuRA
as Índice de absorbancia (ecuación 1) 
As Absorbancia (ecuación 1)
b Longitud de la celda en cm (ecuación 1)
c Concentración de sólidos totales en g/cm3 
determinada por refractómetro y calculada a 
partir de la densidad (ecuación 1)
CA Carbón activado
Ce Concentración en el equilibrio de la fase líquida 
en UI/mL (ecuación 3)
Ci Concentración inicial de la solución, UI/mL
DTG Termogravimetría derivada por sus siglas en 
inglés
ICUMSA Siglas en inglés para la Comisión Internacional 
para Métodos Uniformes en el Análisis 
de Azúcar (International Commission for 
Uniform Methods of Sugar Analysis)
KF Constante de Freundlich relacionada con la 
capacidad de adsorción en mL/g (ecuación 3)
M Masa del adsorbente, g (ecuación 4)
N Constante adimensional que indica la 
intensidad de la adsorción (ecuación 3)
qe Cantidad de soluto adsorbido (“adsorbato”) en 
UI/g (ecuación 3) 
48	 Tecnol. Ciencia Ed. (IMIQ) vol. 27 núm. 1, 2012
R2 Coeficiente de determinación múltiple (>0.97), 
que se interpreta como el porcentaje de 
variabilidad de Ce en la recta de regresión lineal
TGA Análisis termogravimétricopor sus siglas en 
inglés
UI Unidades ICUMSA de color
V Volumen de la solución, mL (ecuación 4)
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